(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気ジャッキ方式の制御棒駆動装置の健全性評価に対する信頼性を十分に高めることができる状態計測装置及び健全性評価方法を提供する。【解決手段】駆動軸、駆動軸の周溝の１つに係合、離反可能に設けられたＳＧラッチ，ＳＧラッチを駆動するＳＧコイル５、駆動軸の周溝の１つと係合、離反可能に設けられたＭＧラッチ，ＭＧラッチを駆動するＭＧコイル４，ＭＧラッチおよびＭＧコイルを鉛直方向に移動させるＬＦコイル３とを含み駆動軸を上下動させる駆動機構とを具えた制御棒駆動装置において、ＳＧコイル５，ＭＧコイル４及びＬＦコイル３を囲繞するコイルハウジング２０ａ〜２０ｄに設けられて各コイル部に発生する磁束又は磁束密度を計測するホール素子２１ａ〜２１ｃと、ホール素子からの検出信号によりＳＧラッチ，ＭＧラッチおよびＭＧコイルの作動状況を検出する作動状況検出装置２３と、を具備する。【選択図】      図１
2006189314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に延設されて原子炉制御棒に連結されると共にその表面に複数の周溝を長手方向に等ピッチで配設して成る駆動軸と、
前記駆動軸の周溝の１つに係合、離反可能に設けられたＳＧラッチ、同ＳＧラッチを駆動するＳＧコイルを含み、前記ＳＧラッチを周溝に係合させることにより前記駆動軸を鉛直方向に保持する保持機構と、
前記駆動軸の周溝の１つと係合、離反可能に設けられたＭＧラッチ、同ＭＧラッチを駆動するＭＧコイル、前記ＭＧラッチおよびＭＧコイルを鉛直方向に移動させるＬＦコイルとを含み前記駆動軸を上下動させる駆動機構と、
を具備する制御棒駆動装置の状態計測装置において、
前記ＳＧコイル、ＭＧコイル及びＬＦコイルを囲繞するコイルハウジングに設けられて前記各コイル部に発生する磁束又は磁束密度を計測する磁気センサと、
前記磁気センサからの検出信号により前記ＳＧラッチ、ＭＧラッチおよびＭＧコイルの作動状況を検出する作動状況検出装置と、
を具備することを特徴とする制御棒駆動装置の状態計測装置。
【請求項２】
前記作動状況検出装置で検出した作動状況を表示する表示部をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の制御棒駆動装置の状態計測装置。
【請求項３】
前記磁気センサは、鉛直方向に分割されたコイルハウジングの分割端部間に非磁性体のスペーサと共に介装されるホール素子であることを特徴とする請求項１または２記載の制御棒駆動装置の状態計測装置。
【請求項４】
前記請求項１乃至３のいずれかに記載の制御棒駆動装置の状態計測装置による計測結果と、制御棒駆動装置のＳＧコイル、ＭＧコイル及びＬＦコイルへの指令電流波形と、制御棒駆動装置の加速度計からの出力値とから制御棒駆動装置の健全性を評価することを特徴とする制御棒駆動装置の健全性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電用原子炉（軽水炉）等における制御棒駆動装置(Control Rod Drive Mechanism：以下、ＣＲＤＭと呼ぶ)の状態計測装置及び健全性評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、原子力発電所においては、ＣＲＤＭにより、原子炉の安全性が確保されており、ＣＲＤＭに故障が生じると、原子炉が安全に停止するよう設計されている。ＣＲＤＭの故障により原子炉が停止すると、電力を消費している末端である配電系統に停電事故が発生したり、基幹系統への波及効果により、発電所にトリップを誘発したり、変電所にトリップが生じたりする危険性がある。従って、ＣＲＤＭに故障が発生した場合には。故障発生の初期段階で異常を検知して速やかに処置を施す必要があり、電力の安定供給上きわめて重要なことである。
【０００３】
図４は例えば非特許文献１に示された従来のＣＲＤＭまわりを示す構成図、図５は同非特許文献１に示されたＣＲＤＭの作動監視装置を示す構成図である。図４において、１は原子炉容器、２は磁気ジャッキ方式を用いたＣＲＤＭである。図５において、３はＣＲＤＭ２のリフトコイル（以下、ＬＦコイルと呼ぶ）、４はＣＲＤＭ２の可動取手コイル（以下、ＭＧコイルと呼ぶ）、５はＣＲＤＭ２の固定取手コイル(以下、ＳＧコイルと呼ぶ）、６はＬＦコイル３を流れる電流を計る電流計、７はＭＧコイル４を流れる電流を計る電流計、８はＳＧコイル５を流れる電流を計る電流計、９はＬＦコイル３，ＭＧコイル４およびＳＧコイル５に電流を流すための電源、１０はＣＲＤＭ２の振動を計る加速度計、１１は加速度計１０の出力を増幅する増幅器、１５は電流計６〜７から出力された電流信号と増幅器１１から出力された作動音信号をアナログ値からディジタル値に変換するアナログ／ディジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と呼ぶ）、１６は異常検出処理装置である。
【０００４】
この異常検出処理装置１６はＡ／Ｄ変換器１５からの出力を受け取ることによって、電流計６〜７から出力されたＬＦコイル３，ＭＧコイル４およびＳＧコイル５での電流信号の変化と増幅器１１から出力された加速度計１０で検出した作動音信号との時間的な関係から、上記電流の変化を時間を単位とする特徴抽出することによって、ＣＲＤＭ２の異常診断を支援する。
【０００５】
次に、従来例の動作について説明する。図４に示す原子炉容器１中に設置されたＣＲＤＭ２における機構の健全性は、外部から直接監視することができない。しかし、図５に示す磁気ジャッキ方式を用いたＣＲＤＭ２は、機構の動作状態に伴ってＬＦコイル３，ＭＧコイル４およびＳＧコイル５のインダクタンスが変化し、各コイル電流波形の形状に変化が生じることから、各コイル電流波形の形状の中に含まれる機構の動作に伴う異常の徴候情報を捉え、機構の健全性を確認している。
【０００６】
この従来の作動監視装置における異常診断の方法は、電流波形の変化を時間を単位とする特徴抽出により捉え、その平均、分散およびヒストグラムを用いて、複数体存在するＣＲＤＭ２の電流波形の特徴から、特異な徴候を示すＣＲＤＭ２中の制御棒を抽出したり、電流変化のタイミング（動作のタイミング）が機構の動作限界に近づいているかどうかを診断することにより、ＣＲＤＭ２の劣化の兆候を検出し、故障の早期発見を図っていた。
【０００７】
上記異常診断について、図５乃至図７を用いて詳述する。図５に示す電流計６〜８それぞれが計測したＬＦコイル３を流れる電流の時系列データ，計測したＭＧコイル４を流れる電流の時系列データおよび計測したＳＧコイル５を流れる電流の時系列データをＡ／Ｄ変換器１５に伝送し、Ａ／Ｄ変換器１５が上記ＬＦコイル３，ＭＧコイル４およびＳＧコイル５それぞれの電流に関する時系列データをアナログ値からディジタル値に変換して異常検出処理装置１６に伝送する。
【０００８】
この異常検出処理装置１６は、Ａ／Ｄ変換器１５から受信したＬＦコイル３の電流に関する時系列データにより、ＣＲＤＭ２の駆動棒に対する引き抜き動作の完了時間と上げ磁極の下降動作時間を計り、平均、分散およびヒストグラムなどの統計処理を用いて特異な動作を示すＣＲＤＭ２の制御棒を抽出したり、動作タイミングが動作限界を示す判定基準からの裕度を測定することにより、ＣＲＤＭ２の劣化の兆候を検出している（図６および図７の番号（１）および番号（２）参照）。
【０００９】
また、異常検出処理装置１６は、受信したＭＧコイル４の電流に関する時系列データにより、ＣＲＤＭ２の駆動棒に対する保持動作の完了時間と解放動作完了時間を計り、平均、分散およびヒストグラムによる統計処理を用いて限界タイミングからの裕度を測定し、ＣＲＤＭ２の劣化の兆候を検出している（図６および図７の番号（３）および番号（４）参照）。
【００１０】
さらに、異常検出処理装置１６は、受信したＳＧコイル５の電流に関する時系列データにより、ＣＲＤＭ２の駆動棒に対する保持動作の完了時間と解放動作完了時間を計り、平均、分散およびヒストグラムによる統計処理を用いて限界タイミングからの裕度を測定し、ＣＲＤＭ２の劣化の兆候を検出している（図６および図７の番号（５）および番号（６）参照）。
【００１１】
また、図６および図７の番号（７）および番号（８）のように、ＭＧ保持後ＳＧ開までの時間と、ＳＧ保持後ＭＧ開までの時間、すなわちＣＲＤＭ２の制御棒に対するつかみ替え時間に余裕がないと、制御棒のつかみ替えを失敗し、制御棒が落下してしまうことから、異常検出処理装置１６ではつかみ替え時間余裕をも評価している。これらの時間評価については、異常検出処理装置１６では、加速度計１０で測定されている作動信号としての音響情報も加味して正確さを向上させている。
【００１２】
【非特許文献１】１９８９年三菱重工業株式会社発行、三菱原子力技報Ｎｏ．５２「ＣＲＤＭ作動監視システム」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、非特許文献１等に開示された作動監視装置における異常診断の方法にあっては、上述したように原子炉の制御棒を制御するための各駆動コイルにおける電流の変化を時間を単位とする特徴抽出により捉えることで、例えば、各駆動コイルに対する指令電流と加速度計出力値により動作時間が正常値に入っているか否かを評価することで、ＣＲＤＭの異常診断を行うようになっているので、不調動作に対して要因を定量的に評価することができず、健全性評価に対する信頼性を十分に得られないという不具合があった。
【００１４】
本発明は、磁気ジャッキ方式を用いた制御棒駆動装置の健全性評価に対する信頼性を十分に高めることができる制御棒駆動装置の状態計測装置及び健全性評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
斯かる目的を達成するための本発明に係る制御棒駆動装置の状態計測装置は、鉛直方向に延設されて原子炉制御棒に連結されると共にその表面に複数の周溝を長手方向に等ピッチで配設して成る駆動軸と、前記駆動軸の周溝の１つに係合、離反可能に設けられたＳＧラッチ，同ＳＧラッチを駆動するＳＧコイルを含み前記ＳＧラッチを周溝に係合させることにより前記駆動軸を鉛直方向に保持する保持機構と、前記駆動軸の周溝の１つと係合、離反可能に設けられたＭＧラッチ，同ＭＧラッチを駆動するＭＧコイル，前記ＭＧラッチおよびＭＧコイルを鉛直方向に移動させるＬＦコイルとを含み前記駆動軸を上下動させる駆動機構と、を具備する制御棒駆動装置の状態計測装置において、前記ＳＧコイル，ＭＧコイル及びＬＦコイルを囲繞するコイルハウジングに設けられて前記各コイル部に発生する磁束又は磁束密度を計測する磁気センサと、前記磁気センサからの検出信号により前記ＳＧラッチ，ＭＧラッチおよびＭＧコイルの作動状況を検出する作動状況検出装置と、を具備することを特徴とする。
【００１６】
また、前記作動状況検出装置で検出した作動状況を表示する表示部をさらに具備することを特徴とする。
【００１７】
また、前記磁気センサは、鉛直方向に分割されたコイルハウジングの分割端部間に非磁性体のスペーサと共に介装されるホール素子であることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る制御棒駆動装置の健全性評価方法は、前記制御棒駆動装置の状態計測装置による計測結果と、制御棒駆動装置のＳＧコイル，ＭＧコイル及びＬＦコイルへの指令電流波形と、制御棒駆動装置の加速度計からの出力値とから制御棒駆動装置の健全性を評価することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の制御棒駆動装置の状態計測装置によれば、不調動作に対して要因を定量的に評価することができ、磁気ジャッキ方式を用いた制御棒駆動装置の健全性評価に対する信頼性を十分に高められる。
【００２０】
本発明の制御棒駆動装置の健全性評価方法によれば、各駆動コイルにおける電流の変化を時間を単位とする特徴抽出により捉えることに加えて、不調動作に対して要因を定量的に評価することができ、磁気ジャッキ方式を用いた制御棒駆動装置の健全性評価に対する信頼性をより十分に高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る制御棒駆動装置の状態計測装置及び健全性評価方法を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【００２２】
図１は本発明の一実施例を示す制御棒駆動装置の状態計測装置の概略構成図、図２は同じくＣＲＤＭの要部断面図、図３は内部構造を省略した図１のIII−III線矢視図である。尚
、図１乃至図３において、図４及び図５と同一部材には同一符号を付して説明する。
【００２３】
図１に示すように、加圧水型原子炉における磁気ジャッキ方式のＣＲＤＭ２のＬＦコイル３とＭＧコイル４とＳＧコイル５とを囲繞するコイルハウジング２０ａ〜２０ｄが、各コイル３〜５の上下方向（鉛直方向）の略中間部に位置して分割されるようにして、上下方向に４分割され、それぞれラッチハウジング１８の外周に固着されている。ラッチハウジング１８の上端には駆動軸ハウジング１７が連接されている。
【００２４】
そして、各コイルハウジング２０ａ〜２０ｄの分割端部間には、各コイル３〜５部に発生する磁束又は磁束密度を計測するためのホール素子（磁気センサ）２１ａ〜２１ｃが非磁性体のスペーサ２２と共に介装される。図３に示すように、スペーサ２２は、各コイルハウジング２０ａ〜２０ｄの分割端面における周方向の４等配位置に配置され、その内の一つが周方向に２分割されて離間され、その間の空きスペーサにホール素子２１ａ〜２１ｃが１個宛て配置されている。
【００２５】
前記各ホール素子２１ａ〜２１ｃには、各コイル３〜５と同様に、電源９から電流が供給される。各ホール素子２１ａ〜２１ｃの検出信号は作動状況検出装置２３へ入力され、この作動状況検出装置２３では前記ホール素子２１ａ〜２１ｃからの検出信号により後述する固定取手ラッチ（以下、ＳＧラッチと呼ぶ）３１，可動取手ラッチ（以下、ＭＧラッチと呼ぶ）３４およびＭＧコイル４（厳密には後述する可動取手磁極（以下、ＭＧ磁極３８と呼ぶ））の作動状況（変位）を検出し、その検出結果を表示部２４に表示するようになっている。
【００２６】
前記ＣＲＤＭ２は、図２に示すように、上下方向に延設されて図示しない原子炉制御棒に連結されると共にその表面に複数の周溝３０ａを長手方向に等ピッチで配設して成る駆動軸３０を磁気ジャッキ方式で上下動させることで、原子炉の出力を制御するようになっている。
【００２７】
即ち、ＣＲＤＭ２は、前記駆動軸３０の周溝３０ａの１つに係合、離反可能に設けられたＳＧラッチ３１，同ＳＧラッチ３１をリンク３２及びプランジャ３３を介して駆動するＳＧコイル５を含み前記ＳＧラッチ３１を周溝３０ａに係合させることにより前記駆動軸３０を上下方向に保持する保持機構と、前記駆動軸３０の周溝３０ａの１つと係合、離反可能に設けられたＭＧラッチ３４，同ＭＧラッチ３４をリンク３５及びプランジャ３６を介して駆動するＭＧコイル４，前記ＭＧラッチ３４およびＭＧコイル４を上下方向に移動させるＬＦコイル３とを含み前記駆動軸３０を上下動させる駆動機構と、を具備する。
【００２８】
尚、図２中３７はＳＧコイル５に励磁される固定取手磁極（以下、ＳＧ磁極と呼ぶ）、３８はＭＧコイル４に励磁される可動取手磁極（以下、ＭＧ磁極と呼ぶ）、３９はＬＦコイル３に励磁される上げ磁極（以下、ＬＦ磁極と呼ぶ）であり、４０ａ〜４０ｃはリターンスプリングである。
【００２９】
従って、ＣＲＤＭ２は、前述した三つの駆動コイル（ＬＦコイル３，ＭＧコイル４およびＳＧコイル５）をシーケンシャルに励磁と消磁を繰り返すことにより駆動軸３０を所謂尺取り虫状に上下動させられる。
【００３０】
例えば、ＳＧコイル５によりＳＧ磁極３７が消磁されてＳＧラッチ３１が駆動軸３０の周溝３０ａから離反される（リターンスプリング４０ｃの付勢力でプランジャ３３が下降することにより）一方、ＭＧコイル４によりＭＧ磁極３８が励磁されてＭＧラッチ３４が駆動軸３０の周溝３０ａに係合された（リターンスプリング４０ｂの付勢力に抗してプランジャ３６が上昇することにより）図２の状態から、ＬＦコイル３によりＬＦ磁極３９を励磁すると、ＭＧ磁極３８およびＭＧラッチ３４がＭＧコイル４と共にリターンスプリング４０ａの付勢力に抗してＬＦ磁極３９側に吸引され、これによって駆動軸３０が１ピッチ上昇する。
【００３１】
次に、ＳＧコイル５によりＳＧ磁極３７が励磁されてＳＧラッチ３１が駆動軸３０の周溝３０ａに係合された（リターンスプリング４０ｃの付勢力に抗してプランジャ３３が上昇することにより）後、ＭＧコイル４によりＭＧ磁極３８が消磁されると共にＬＦコイル３によりＬＦ磁極３９が消磁されると、ＭＧラッチ３４が駆動軸３０の周溝３０ａから離反される（リターンスプリング４０ｂの付勢力でプランジャ３６が下降することにより）ので、リターンスプリング４０ａの付勢力でＭＧ磁極３８およびＭＧラッチ３４がＭＧコイル４と共に下降する。
【００３２】
次に、ＭＧコイル４によりＭＧ磁極３８が励磁されてＭＧラッチ３４が駆動軸３０の周溝３０ａに係合された（リターンスプリング４０ｂの付勢力に抗してプランジャ３６が上昇することにより）後、ＳＧコイル５によりＳＧ磁極３７が消磁されてＳＧラッチ３１が駆動軸３０の周溝３０ａから離反される（リターンスプリング４０ｃの付勢力でプランジャ３３が下降することにより）と、丁度図２の状態になり、この状態から上述した動作を繰り返すことで駆動軸３０は所定ピッチ宛上昇される。尚、駆動軸３０を下降させる際は、上述した動作の逆動作で良いことは自明であるので説明は省略する。
【００３３】
このように本実施例では、各コイルハウジング２０ａ〜２０ｄの分割端部間にホール素子２１ａ〜２１ｃが介装されているため、各コイル３〜５に電源９から電流が供給されて各磁極３７〜３９が励磁される際には、磁束が各ホール素子２１ａ〜２１ｃに鎖交することになる。この磁束の鎖交数は、各プランジャ３３，３６およびＭＧ磁極３８の上昇の際にＳＧ磁極３７，ＭＧ磁極３８およびＬＦ磁極３９にそれぞれ接近することに従って増大することになり、結局各ホール素子２１ａ〜２１ｃからは磁束の鎖交数に応じた値（電圧値）の検出信号が出力される。
【００３４】
そして、作動状況検出装置２３は、上記検出信号から各コイル３〜５に作用する磁束又は磁束密度を電磁力として動的に計測することができ、各プランジャ３３，３６およびＭＧ磁極３８の接近動作（変位）を定量的に評価してその結果を表示部２４に図形又は数値的に表示することができる。この結果、各プランジャ３３，３６およびＭＧ磁極３８の不調動作に対して要因を定量的に評価することができ、磁気ジャッキ方式を用いたＣＲＤＭ２の健全性評価に対する信頼性を十分に高められる。
【００３５】
また、前記ホール素子２１ａ〜２１ｃは非磁性体のスペーサ２２と共に介装されるので、ホール素子２１ａ〜２１ｃの圧壊と磁束の漏れ等が未然に回避され、装置の信頼性が高められる。また、ホール素子２１ａ〜２１ｃの取付けは、一次系水に触れることは全くないため取付作業は安全であると共に、装置に追加工等する必要が全くないため簡単で低コストで済む。尚、ホール素子２１ａ〜２１ｃは各コイルハウジング２０ａ〜２０ｄの分割端部間に複数個宛て配置しても良い。
【００３６】
また、図１中鎖線で示した構成は、図５で示したＣＲＤＭ２の作動監視装置と同様の構成であり、上述した本実施例のＣＲＤＭの状態計測装置と組み合わせてＣＲＤＭの健全性を評価するようにしても良い。これによれば、各コイル３〜５における電流の変化を時間を単位とする特徴抽出により捉えることに加えて、不調動作に対して要因を定量的に評価することができ、磁気ジャッキ方式を用いたＣＲＤＭ２の健全性評価に対する信頼性をより十分に高められる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施例を示す制御棒駆動装置の状態計測装置の概略構成図である。
【図２】同じくＣＲＤＭの要部断面図である。
【図３】内部構造を省略した図１のIII−III線矢視図である。
【図４】従来の原子炉のＣＲＤＭ周りを示す概略構成図である。
【図５】従来のＣＲＤＭの作動監視装置を示す構成図である。
【図６】従来のＣＲＤＭの信号波形と特徴抽出を示す図である。
【図７】従来のＣＲＤＭの動作と特徴との関係を示す図表である。
【符号の説明】
【００３８】
１  原子炉容器
２  ＣＲＤＭ
３  ＬＦコイル
４  ＭＧコイル
５  ＳＧコイル
６〜８  電流計
９  電源
１０  加速度計
１１  増幅器
１５  Ａ／Ｄ変換器
１６  異常検出処理装置
１７  駆動軸ハウジング
１８  ラッチハウジング
２０ａ〜２０ｄ  コイルハウジング
２１ａ〜２１ｃ  ホール素子
２２  スペーサ
２３  作動状況検出装置
２４  表示部
３０  駆動軸
３０ａ  周溝
３１  ＳＧラッチ
３２  リンク
３３  プランジャ
３４  ＭＧラッチ
３５  リンク
３６  プランジャ
３７  ＳＧ磁極
３８  ＭＧ磁極
３９  ＬＦ磁極
４０ａ〜４０ｃ  リターンスプリング
【図１】
2006189314.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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